濕陷性黃土地基處理方法研究

(太原市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，山西 太原 030009)

引言

濕陷性黃土是土體在受力情況下浸水后，土體結(jié)構(gòu)立即發(fā)生破壞，發(fā)生嚴(yán)重的濕陷變形，地基承載能力急速下降的一種土體。濕陷性黃土又分為兩種類型[1]：自重濕陷性黃土和非自重性濕陷性黃土兩種。自重濕陷性黃土即在自身重力荷載下浸水后發(fā)生濕陷性破壞的黃土；非自重濕陷性黃土即在自身重力荷載和外部荷載作用下浸水后發(fā)生濕陷性破壞的黃土。

濕陷性黃土?xí)诮ㄖ锸┕み^程中或后續(xù)使用過程中使其發(fā)生不均勻沉降、結(jié)構(gòu)開裂、傾斜，嚴(yán)重者甚至倒塌，這些危害嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)的使用性能和安全性能。世界上濕陷性黃土分布最廣的國(guó)家分別是中國(guó)、美國(guó)和前蘇聯(lián)，而我國(guó)的濕陷性黃土面積占到全世界的60%以上，約40萬km2。其中在我國(guó)濕陷性黃土分布最廣的是山西省，并且分布在地基淺層，因此在施工過程中應(yīng)采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧┯枰早P除或加固處理，以減小其濕陷性對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞。

1 濕陷性黃土的判定

黃土由于形成年代、地理環(huán)境和成巖作用的不同而使得其內(nèi)部的構(gòu)成和組分含量有一定差異，發(fā)展到現(xiàn)在才形成濕陷性黃土和非濕陷性黃土。其中在濕陷性黃土地基中，自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土地基的濕陷量和承載力均有較大區(qū)別。而不同地區(qū)、不同生成年代的自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土的濕陷量和承載力又有明顯不同。因此，對(duì)于濕陷性黃土應(yīng)有一整套的統(tǒng)一的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)和方法，根據(jù)濕陷性黃土的形成年代、承載力大小、類型、濕陷程度等這些方面進(jìn)行歸類和評(píng)定。濕陷性黃土除了具備一般黃土的特點(diǎn)如黃色或黃褐色、粒度、孔隙之外，它還有自己的特點(diǎn)，如松散多孔結(jié)構(gòu)、剖面上的垂直節(jié)理，而且內(nèi)部組成中包含的鹽類較多。濕陷性黃土具有較大的濕陷性主要是由于內(nèi)部呈垂直大孔性所致，當(dāng)濕陷性黃土遇到水時(shí)在自重或外力作用下，內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)失去承載力或其承載力降低，土顆粒的凝聚力減小或?yàn)榱悖渲惺艿綁毫陀鏊峭獠恳蛩?，而垂直大孔性是?nèi)部因素，這兩種因素導(dǎo)致了黃土的濕陷性。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)黃土濕陷性的判定是采用濕陷系數(shù)δs進(jìn)行判定，濕陷系數(shù)δs可以通過浸水試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。具體試驗(yàn)方法為：將保存完整、干燥的黃土取成一定大小，使用壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加壓，當(dāng)加到規(guī)定試驗(yàn)力時(shí)停止加載，待土樣壓縮穩(wěn)定后，將試樣浸入水中使土體達(dá)到飽和吸水率取出，這時(shí)土體會(huì)發(fā)生收縮，待吸水飽和的土樣收縮至穩(wěn)定后測(cè)其土樣高度。濕陷系數(shù)δs由(1)式進(jìn)行計(jì)算：

(1)

式中：h0——土樣的原始高度，m；hp1——土樣無側(cè)向變形時(shí)，達(dá)到試驗(yàn)規(guī)定壓力P壓縮穩(wěn)定后的高度，m；hp2——浸水后土體保持穩(wěn)定后的土體高度，m。

計(jì)算所得的濕陷系數(shù)δs為單位厚度土體的土樣層，由于在受力后浸水會(huì)產(chǎn)生一定的濕陷量，δs就為所代表土樣的濕陷程度。在GB 50025—2004《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》[2]中，根據(jù)各地采集濕陷性黃土的濕陷系數(shù)取δs=0.015作為其限值，即當(dāng)δs≥0.015時(shí)定義為濕陷性黃土，當(dāng)δs<0.015時(shí)定義為非濕陷性黃土。同時(shí)，濕陷性土層的厚度也是據(jù)此定義的，即當(dāng)δs<0.03時(shí)為弱濕陷性黃土，當(dāng)0.03<δs<0.07時(shí)為中等濕陷性黃土，當(dāng)δs>0.07時(shí)為強(qiáng)濕陷性黃土。

2 濕陷類型劃分和等級(jí)判定

2.1 類型劃分

自重濕陷性黃土在自身重力作用下會(huì)發(fā)生濕陷性沉降，因此需要采取非自重濕陷性黃土進(jìn)行換填或其他更有效的措施進(jìn)行施工。在GB 50025—2004《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中，使用Δzs來區(qū)分自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土兩種地基，其中規(guī)定當(dāng)Δzs>7 cm時(shí)為自重濕陷性黃土，當(dāng)Δzs<7 cm時(shí)為非自重濕陷性黃土。

2.2 等級(jí)判定

濕陷性黃土地基的具體等級(jí)劃分見表1。表中列出的是當(dāng)?shù)鼗芰蟀l(fā)生的濕陷程度，可以使用地基中各層土體的沉降量總和進(jìn)行判定，沉降量越大則危害越大。在GB 50025—2004《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中使用Δs表示地基總濕陷量，因?yàn)樯轿魇〉纳蠈油馏w濕陷量高于下層土體，并且上部土層浸水的情況也高于下部，因此當(dāng)Δs<5 cm才定義為非濕陷性黃土。

表1 等級(jí)判定

3 地基處理

對(duì)濕陷性黃土地基進(jìn)行處理的目的是減小土層沉陷量，改善土體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，減小土層的滲水度和可壓縮度，改善或者消除地基的沉降。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得知土體的濕陷性類型和等級(jí)后，可結(jié)合工程使用用途和施工條件等采取有效措施，對(duì)濕陷性黃土進(jìn)行改善，以減小地基沉降量，滿足施工使用要求，使結(jié)構(gòu)達(dá)到安全、穩(wěn)定、適用等要求。減小濕陷性黃土沉降量的措施通常有使用墊層、打夯、石灰樁、素土樁擠密法等。遇到具體工程時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)濕陷性黃土類型、等級(jí)以及結(jié)構(gòu)要求等具體條件來確定改善措施。通常所采用的措施如下：

(1)灰土或素土墊層。將開挖后的基底的濕陷性黃土挖除至指定深度，通常為1～3 m，采用素土或三七灰土進(jìn)行回填夯實(shí)。這種措施可以使基礎(chǔ)下方的土體沉降量變小，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。但是，在施工過程中選擇回填土?xí)r，應(yīng)選擇最佳含水率和最大干容重的土體，否則很難達(dá)到施工要求。采用回填土的最大優(yōu)點(diǎn)是自重輕，避免了地基因附加應(yīng)力帶來的濕陷性沉降。

(2)夯實(shí)法。采用重錘落擊法可以排出淺層土體內(nèi)的水分，消除其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)[3]。如采用2～4 t的重錘落差在4～5 m內(nèi)，通常情況下可以消除土體深度1～1.5 m內(nèi)的濕陷性。根據(jù)國(guó)內(nèi)的使用記錄，當(dāng)使用強(qiáng)夯法時(shí)采用10～20 t的重錘落差在10～20 m內(nèi)錘擊兩次，可以消除土體深度4～6 m內(nèi)的濕陷性。采用強(qiáng)夯法和重錘落擊法時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來確定錘擊次數(shù)和選用落錘大小，以達(dá)到施工要求和預(yù)期效果。

(3)灰土擠密樁。使用擠密樁前可以采用打樁、鉆孔和爆破等方法成孔，成孔后應(yīng)分層向孔內(nèi)填充石灰與粉煤灰的混合物，再使用短樁進(jìn)行打樁，打樁過程中破壞濕陷性黃土的土體孔結(jié)構(gòu)，擠密土體，達(dá)到消除土體沉降或減小土體的濕陷性。采用灰土擠密樁法可以消除5～10 m內(nèi)濕陷性黃土的濕陷性，其施工后的效果取決于土體擠密程度，所用擠密樁的樁徑和樁距應(yīng)根據(jù)具體試驗(yàn)確定，采用擠密樁時(shí)土體的干密度應(yīng)達(dá)到16 kN/m3以上。在使用擠密樁減小土體沉降施工時(shí)或施工后，應(yīng)對(duì)樁體周邊土體采取防水措施，可以使用夯實(shí)法或鋪蓋塑料布等措施。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)濕陷性黃土的類型劃分和等級(jí)判定，可以采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣斫档突蛳S土的濕陷性。當(dāng)使用濕陷性黃土作為基底持力層時(shí)，由于其在受力后遇水會(huì)使土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，將對(duì)建筑產(chǎn)生不同程度的破壞，同時(shí)也會(huì)造成工程事故。因此，在使用過程中要采取一定的措施來降低濕陷性黃土的濕陷性，增大持力層的承載力。通常的做法是采用墊層、夯實(shí)法或灰土擠密樁法進(jìn)行施工，這3種施工方法優(yōu)于其他處理方法，不僅造價(jià)低廉，并且施工過程中的安全度較高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 秦曉棟，薛維俊.濕陷性黃土地基濕陷機(jī)理、濕陷性評(píng)價(jià)及地基處理方法[J].內(nèi)蒙古石油化工，2009(2)：38-40.

[2] GB 50025—2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

[3] 姜偉，胡長(zhǎng)明，梅源.深厚濕陷性黃土地基強(qiáng)夯加固處理技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2013，44(2)：125-127.